AUTODYN基础教程四.ppt
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1、2023/7/29,ANSYS AUTODYN 基础教程四,2023/7/29,基础培训四,1、特色技术2、材料模型,2023/7/29,细化正交网格;指定在I,J和K方向上细化 的倍数因子。,细化网格,2023/7/29,细化网格,细化网格前 细化网格后,2023/7/29,粗化正交网格;指定在I,J和K方向上粗化的倍数因子。,粗化网格,2023/7/29,粗化网格,粗化网格前 粗化网格后,2023/7/29,映射,2023/7/29,映射,一个模型结果映射到另一个模型进行求解:1D 到 2D 轴对称1D 到 3D2D 轴对称到 3D3D 到 3D映射数据来源:1D 欧拉“楔形”模型2D 欧
2、拉轴对称模型3D 欧拉模型映射数据用于Lagrange,ALE,Euler 和Euler-FCT 模型。,2023/7/29,由正交网格向非正交网格映射数据;1D“楔形”到 2D 轴对称或 3D;2D 轴对称到 3D;3D 到 3D;Lagrange,ALE,Euler,Euler-FCT;较长计算时间。,映射,普通映射,2023/7/29,由细化的正交网格向粗化网格映射数据;仅用于3D 到 3D;Lagrange,ALE,Euler,Euler-FCT;计算速度快。,映射,体积映射,2023/7/29,塑性应变的比较,映射,泰勒杆碰撞试验欧拉(2D)映射到欧拉(2D),2023/7/29,射
3、流的形成和侵彻欧拉(2D 轴对称)映射到拉格朗日(3D),映射,2023/7/29,映射,MEFP破片形成和侵彻拉格朗日(3D)映射到Euler(3D),拉格朗日,欧拉,2023/7/29,映射,爆炸冲击波对建筑物的冲击1D-2D-3D欧拉映射,2023/7/29,映射,第一步,2023/7/29,空气中爆炸和传播;用1D网格进行初始分析;将1D映射到2D模型;改变炸药的状态;继续计算,直到爆轰波 到达建筑物;映射2D模型到3D模型中。,映射,第二步,2023/7/29,映射,第三步,2023/7/29,映射,曼哈顿-Data source:Risk Management Solutions
4、and Sanborn Map Co.,城市街区爆炸中的应用,2023/7/29,AUTODYN 读取下面的信息:I,J,K 范围;每个单元的X,Y,Z 坐标;每一个单元都有一个标志符:0 单元用结构材料;1 单元用空气材料;2 单元用空气材料 并且测量该点。,映射,读入几何数据,2023/7/29,第四步(Block填充),映射,2023/7/29,第四步到第三步(网格细化),第三步,映射,2023/7/29,映射,第三步到第二步(网格细化),2023/7/29,映射,第一步,2023/7/29,映射,第二步,第三步,第四步,2023/7/29,第二步,第三步,第四步,映射,压力等截面图,2
5、023/7/29,映射,压力等截面图,2023/7/29,映射,压力等截面图,2023/7/29,映射,压力等截面图,2023/7/29,1、计算 2D 楔形爆炸模型;2、导入3D Euler-FCT模型中计算。,映射练习,爆炸/映射/Euler-FCT(3D),2D 楔形模型,3D Euler-FCT模型,2023/7/29,基础培训四,1、特色技术2、材料模型,2023/7/29,基础培训四,状态方程 强度模型 失效模型,2023/7/29,材料模型,通常,材料在动态载荷下的响应非常复杂,比如:非线形压力响应;应变和应变率硬化;热软化;各向异性料属性;拉伸断裂;复合材料破坏。一种材料模型不
6、可能经历上面所有的响应;AUTODYN 提供许多模型供用户选择,用户可以根据问题选择适合的模型。,2023/7/29,材料模型,体积变形,形状变形,平移,刚体旋转,材料变形,2023/7/29,材料模型,材料变形用两个独立的阶段来描述体积应力:由于体积改变(压强)状态方程(EOS)偏应力:由于形状改变 强度模型对于一个固体材料,还需要指定材料失效标准。,2023/7/29,材料模型,对于线性、弹性应变,应力通过胡克定律计算:其中 和G 是常数:其中 是拉梅常数;G 是剪切模量常数应力可以分解为静水压力和偏应力:其中 P 是静水压力,si 是应力偏量,i=1,2,3,2023/7/29,材料模型
7、,许多情况应力超过了弹性极限,需要考虑更复杂的材料模型,胡克定律,一般非线性,状态方程,强度模型,2023/7/29,材料模型,弹性常数,2023/7/29,材料模型,状态方程Single phaseMulti-phaseCompactionExplosive强度模型HydrodynamicelasticPerfectly plasticStrain hardeningPressure hardeningStrain-rate hardeningThermal softeningOrthotropic失效模型Plastic Strain Tensile PressurePrincipal St
8、ress/StrainOrthotropic Stress/StrainDamage,2023/7/29,体积,物化相图,状态方程,2023/7/29,状态方程,这个最简单的状态方程假设压力与内能无关,材料密度变化小,变化过程是可逆的(等熵的),通常用于固体。,Linear 状态方程,其中 K 是材料体积模量,是压缩比;线性状态方程是需要很少的材料数据,但是对于大的压缩情况不太精确。,2023/7/29,状态方程,拉伸状态:,Polynomial 状态方程,压缩状态:,2023/7/29,状态方程,在 Shock 状态方程中,采用的参考线形式如下:,Shock 状态方程,向大多数材料,特别是在
9、非常高的冲击波下,线性方程可以满足:Us=c0+sup,2023/7/29,状态方程,一些带气孔的材料,在变形过程中由于气孔破裂,导致不可逆转的体积变形,比如:粉末(用来加工成型用的金属粉末)混凝土土壤这些材料要求状态方程:既允许不可逆转的气孔破裂,也要能计算初始的弹性体积变形和最后的材料状态。在AUTODYN 中,使用三种状态方程来描述:PorousCompactionP-Alpha,2023/7/29,状态方程,压缩路径通过密度和压强的十个分段线性函数的值来描述(十个点可以不全部使用);弹性加载/卸载的斜度是初始声速和完全压实后声速的线性插值。,Porous 状态方程,2023/7/29,
10、状态方程,是porous 状态方程的扩展,允许更多的对弹性加载/卸载的斜度的控制;弹性声速是密度的函数(优于用线性插值)。,Compaction 状态方程,2023/7/29,状态方程,完全压缩材料用Linear、Polynomial 或者 Shock 状态方程来定义;塑性压缩路径基于一个幂函数,用户可以定义。,P-alpha 状态方程,2023/7/29,状态方程,方程形式:,Ideal Gas 状态方程,其中:=理想气体常数,=密度 Pshift=初始压强,e=内能说明:Pshift用来定义小一个初始压强,避免出现数值计算问题。,2023/7/29,状态方程,用来描述高能炸药爆轰产物迅速膨
11、胀;JWL 状态方程是一个经验公式,数据来源于物理实验;状态方程适用于大多数高能炸药;爆轰产物的气体压强由下面公式给出:其中 A、B,、R1、R2、w 是经验导出常数,=密度,=参考密度,h=r/r0,e=内能。,JWL 状态方程,2023/7/29,初始平面,Dcj,状态方程,2023/7/29,状态方程,JWL 模型用于爆炸物质,包括爆炸和气体膨胀阶段:参考密度,C-J 爆轰波速度 DCJ参数 A,C-J 能量/单位体积 ECJ参数 B,C-J 压强 PCJ参数 R1,参数 R2 参数 w自动转成理想气体状态方程。,JWL 状态方程,2023/7/29,状态方程,压缩爆炸主要用于下列两种情
12、况:如果 PBK 为零,那么当压缩比超过 C-J 压缩指定的值,单元就开始爆炸;如果 PBK 是非零的话,爆炸以前压强为:当压强超过 C-J 压强 BCJPCJ 时,单元开始爆炸。,压缩爆炸,2023/7/29,状态方程,点火和生长模型用来描述炸药的初始阶段;假设:点火开始于局部过热点,从这些点向外开始生长;Lee-Tarver 状态方程有下面的三个基本部分组成:对于惰性炸药的一个状态方程(用 Shock 或 JWL 形式);用JWL 状态方程描述反应的爆炸产物;反应率方程描述燃烧的点火、生长和完成。,Lee-Tarver 状态方程,2023/7/29,Steel-HE-Steel 目标;铜弹
13、碰撞速度:2.5 km/s3.0 km/s 速度为2.5 km/s时,没有冲击引爆;速度为3.0 km/s时,冲击引爆。,状态方程,Lee-Tarver 状态方程,2.5 km/s,3.0 km/s,2023/7/29,状态方程,描述爆炸物质在不引爆情况下的慢燃(爆燃)过程:爆炸物质以预定义的燃烧速度点火;起爆由时间决定。随后的爆炸物质以下面定义的速率燃烧:F 是材料的燃烧尺寸;G,c,h(P)是用户输入参数。线性或压缩固体状态方程JWL 状态方程用于爆炸产物用于拉格朗日和 SPH 求解器。,Slow Burn 状态方程,2023/7/29,燃烧率通过反应率控制,状态方程,Slow Burn
14、状态方程,2023/7/29,状态方程,Slow Burn 状态方程,随着反应速度的提高,压强也增大。,2023/7/29,刚性材料(刚体),使用刚性材料:用标准材料输入方式选择 EOS Rigid用刚性材料填充任意非结构 Part:对结构 Part 不能使用 通过质量/惯量填充单元定义质量/惯量:材料密度和填充单元的体积 定义材料方便可以定义多个刚体材料。,刚性材料,2023/7/29,刚性材料(刚体),3D 倾斜碰撞拉格朗日靶板,可变形弹丸,刚性弹丸,2023/7/29,刚性材料(刚体),金属成型刚性冲头和模具非结构壳单元(主四边形)工作件,2023/7/29,状态方程,用户自定义状态方程
15、子程序 EXEOS 定义通过公共块使用其它的变量提供子程序构架,用户自定义状态方程,2023/7/29,基础培训四,状态方程 强度模型 失效模型,2023/7/29,强度模型,NoneElasticVon-MisesViscoelasticJohnson-CookPiecewise-JCZerilli-ArmstrongSteinberg-Guinan,材料强度类型,Cowper-SymondsDrucker-PragerMO-GranularJohnson-HolmquistRHT-ConcreteBeam-PesistanceOrthotropic YieldCrushable Foam(
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